技術發展：千兆比特（Gigabit）LTE及以後——移動毫米波及其挑戰

圖1、技術發展觀點：千兆比特（Gigabit）LTE及以後--移動毫米波及其挑戰

“移動毫米波（Mobilizing millimeter wave）”對於滿足頻譜緊縮和資料需求至關重要

千兆比特（Gigabit）LTE正在提升移動蜂窩網路的容量以滿足當前的需求，為向5G平滑演進奠定基礎，使用戶在從5G熱點切換到千兆LTE（千兆比特（Gigabit）LTE）時可以獲得一致的網路體驗。但是，在延遲小於1毫秒的應用情況下，500 Mbps或1 Gbps與10 Gbps之間存在很大差異；這也是引入毫米波頻譜的一個重要原因，因此毫米波頻譜是5G的重要組成部分。

圖2、波束成形（Beamforming）使輻射能量更集中

目前，運營商主要致力於開發毫米波頻譜，為企業和多戶住宅單位（如公寓大樓）提供增強型寬頻等固定無線接入業務。這裡主要的驅動因素是經濟 - 服務提供者如何提供類似光纖的體驗，而無需鋪設光纖到戶或者為鋪設光纖到戶花費額外的時間和費用？例如，在德克薩斯州的奧斯丁和韋科，AT＆T正在使用28 GHz頻段，為中小型企業以及住宅用戶試用5G支持的Wi-Fi，

支援增強型寬頻，VPN連接，4K視頻流，VoIP和DirecTV的交付等應用服務。在2017年，Verizon在11個美國市場上測試了5G固定無線接入，該公司表示，該公司包括“覆蓋數千個客戶地點的數百個基站”。去年11月，Verizon宣佈到今年下半年將在加利福尼亞州薩克拉門托的五個市場開始使用該技術提供三種住宅寬頻服務。在應用場景方面，Verizon特別強調了增強的寬頻，移動和物聯網，以及包括3D視頻和虛擬實境在內的應用。據運營商介紹，“初期5G寬頻接入業務的市場機會全美大約有3000萬戶用戶。”但是，目前毫米波的注意力正在固定無線寬頻應用上，而毫米波將需要支援移動。關於容量需求和頻譜限制的動態變化使得“移動毫米波（Mobilizing millimeter wave）”勢在必行。

圖3、正交波束成形

Anokiwave的技術研究員Ian Gresham描述了這樣一個應用場景。：“毫米波頻段與LTE和6 GHz以下頻段的平臺的持續發展和並行發展，這種並行的活動可以在更高的頻率上利用更寬的通道頻寬。

這是由於我們看到資料呈現指數級增長的需求，顯然現有頻段的頻譜利用率日益飽和，儘管我們已經看到了許多令人印象深刻改善頻譜效率的成果。“

圖4、Anokiwave致力於開發面向5G 應用的毫米波產品

Gresham參考了下面的頻譜圖表（圖7），他解釋說：“水準軸代表相對比例的大約1-90GHz的頻譜。

頂部數位中間和右邊的橙色條顯示了由FCC發佈的約有11千兆赫（即11GHz）的位於毫米波頻段的新頻譜，用於許可和非許可使用。儘管全球頻率的確切分配方式各不相同，但在歐洲和亞洲也有類似的舉措。左邊的藍線柵欄顯示了在6 GHz以下的可用頻譜。相對頻譜的可用範圍是相當容易看到的。“紅色和綠色的塊顯示航太和國防和衛星通信行業的頻率分配”； Gokham說，Anokiwave為A＆D（航太和國防）和satcom（衛星通信） 工作了十幾年，並且在這一領域進行了數百萬美元的投資，並且隨之而來降低了毫米波電子設備和部署的成本。

圖5、Anokiwave的毫米波波束成形晶片

Gresham繼續說道：“這些頻譜區域的接近度，以及在許多情況下重疊的情況，使得它們在應用中面臨著相同的技術問題，因此通常採用非常相似的技術解決方案來適用於這兩個顯而易見的需求。這意味著我們已經經歷了相同的設計和製造理念，以及我們一直在為航空航太和國防開發的基礎技術，並且可以在衛星通信等不同的細分市場中被使用和應用，特別是現在的5G電信。這可以實現高度的重複使用，並且還可以採用平臺式的實現方法來加速毫米波有源天線的開發。“

圖6、Anokiwave晶片內部架構

Anokiwave是一家無晶圓廠半導體公司，為毫米波應用提供集成的矽晶片IC解決方案和矽晶片前端解決方案。該公司已開發出服務於包括26 GHz，28 GHz和39 GHz頻段在內的關鍵毫米波頻率的產品。從A＆D（航太和國防）和satcom（衛星通信） 移動毫米波技術到移動電信帶來了空中介面實體層的有源天線硬體的無線電體系結構的變化，Gresham說，這是在電信中使用毫米波的“主要挑戰”。 “為什麼毫米波有源天線對5G至關重要？”Gresham反問道。 “最重要的考慮因素是毫米波具有較高的傳播路徑損耗，在視距傳播的情況下，在28 GHz頻段在有些地方每米大約損耗62 dB。這意味著開發出一個非常可靠的通信鏈路似乎極具挑戰性。另外一個相對應的好處是毫米波的短波長，在28 GHz時約為5.6毫米，這意味著您可以在非常小的尺寸內形成大的有效天線輻射孔徑。這意味著您可以通過天線陣列在遠場產生極高的輻射功率。相反，在接收機處，無線電靈敏度也可以通過增加天線陣列的大小來擴張。由於有源天線的波束是活動的，您可以動態地改變波束方向以服務於多個使用者，您可以通過自我調整波束形成來提供傳輸波束的空間正交性，並且可以快速改變波束的覆蓋點和方向以適應動態環境中傳播通道的變化。您還可以形成可用於提供MIMO功能的輻射元件的子陣列......這也適用於提高資料輸送量和提供一定的鏈路穩健性”。“但是，有一些問題需要解決，Gresham說，”尤其是在滿足用戶移動性的應用問題。你如何在[使用者設備]中實現這個功能？“

圖7、高頻毫米波具有豐富的頻譜資源

（完）

Anokiwave為A＆D（航太和國防）和satcom（衛星通信） 工作了十幾年，並且在這一領域進行了數百萬美元的投資，並且隨之而來降低了毫米波電子設備和部署的成本。

圖5、Anokiwave的毫米波波束成形晶片

Gresham繼續說道：“這些頻譜區域的接近度，以及在許多情況下重疊的情況，使得它們在應用中面臨著相同的技術問題，因此通常採用非常相似的技術解決方案來適用於這兩個顯而易見的需求。這意味著我們已經經歷了相同的設計和製造理念，以及我們一直在為航空航太和國防開發的基礎技術，並且可以在衛星通信等不同的細分市場中被使用和應用，特別是現在的5G電信。這可以實現高度的重複使用，並且還可以採用平臺式的實現方法來加速毫米波有源天線的開發。“

圖6、Anokiwave晶片內部架構

Anokiwave是一家無晶圓廠半導體公司，為毫米波應用提供集成的矽晶片IC解決方案和矽晶片前端解決方案。該公司已開發出服務於包括26 GHz，28 GHz和39 GHz頻段在內的關鍵毫米波頻率的產品。從A＆D（航太和國防）和satcom（衛星通信） 移動毫米波技術到移動電信帶來了空中介面實體層的有源天線硬體的無線電體系結構的變化，Gresham說，這是在電信中使用毫米波的“主要挑戰”。 “為什麼毫米波有源天線對5G至關重要？”Gresham反問道。 “最重要的考慮因素是毫米波具有較高的傳播路徑損耗，在視距傳播的情況下，在28 GHz頻段在有些地方每米大約損耗62 dB。這意味著開發出一個非常可靠的通信鏈路似乎極具挑戰性。另外一個相對應的好處是毫米波的短波長，在28 GHz時約為5.6毫米，這意味著您可以在非常小的尺寸內形成大的有效天線輻射孔徑。這意味著您可以通過天線陣列在遠場產生極高的輻射功率。相反，在接收機處，無線電靈敏度也可以通過增加天線陣列的大小來擴張。由於有源天線的波束是活動的，您可以動態地改變波束方向以服務於多個使用者，您可以通過自我調整波束形成來提供傳輸波束的空間正交性，並且可以快速改變波束的覆蓋點和方向以適應動態環境中傳播通道的變化。您還可以形成可用於提供MIMO功能的輻射元件的子陣列......這也適用於提高資料輸送量和提供一定的鏈路穩健性”。“但是，有一些問題需要解決，Gresham說，”尤其是在滿足用戶移動性的應用問題。你如何在[使用者設備]中實現這個功能？“

圖7、高頻毫米波具有豐富的頻譜資源

（完）